基于无线传感器网络的作物病虫害监测研究

论文摘要

提高农作物病虫害的监测水平,对维护我国粮食安全,保护生态环境有着重要意义。作为一种大面积、快速、无破坏、无污染的新兴监测技术,基于无线传感器网络的病虫害实时监测能实现经济、社会、生态效益的统一。本文以水稻病虫害监测为例,研究了无线传感器网络技术在病虫害监测中的应用。本研究的主要内容有:1、无线传感器网络在病虫害监测中的应用。通过农作物病虫害发生的状况和特点进行分析,发现农作物病虫害流行存在很大的地域差异,因此选择湖南省内广泛种植的水稻进行研究,结合无线传感器网络技术,建立了基于WSN的病虫害监测实时监测原型。2、生境因子的监测。以湖南地区近年来的气象资料和病害发生率为研究对象。通过对月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月降水量与水稻常见病虫害发生率的相关分析,总结出湖南地区水稻病虫害发生的主要生境因子是某些月份的平均最高气温,而降水量对病虫害发生程度的影响不大,并对原因进行了简要分析。3、选择并设计了基于WSN的病虫害监测系统中监测结点相关的硬件和软件。从结点的扩展性、灵活性、稳定性、低成本等方面出发,研究了WSN中的传感器种类、采集精度、采样频率、无线传输频段、传输距离、数据收发速率,处理器功耗、计算能力等方面的硬件需求。选择了适合于病虫害监测应用的嵌入式操作系统,设计合理的监测任务流程,并在各个层面进行了优化设计。研究结果表明,基于WSN的病虫害监测系统具有节约资源、实时性强、数据精确、扩展性高等优点,是无线传感器网络在农业方面的一个典型应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.研究意义
• 2.国内外的研究进展
• 2.1 农作物病害的监测
• 2.2 农作物虫害的监测
• 3.目前存在的问题
• 3.1 现有的病虫害信息处理技术难以满足应用需要
• 3.2 生境因子的反演精度不高
• 3.3 建立应用于病虫害监测的WSN所面临的挑战
• 4.论文结构
• 第2章 监测系统总体方案
• 1.系统总体方案
• 2.系统设计原则
• 3.病虫害监测中的生态因子分析
• 4.系统的硬件结构
• 5.系统的软件框架
• 第3章 农作物生境因子监测方法研究
• 1.研究背景
• 1.1 生境的概念
• 1.2 农作物病虫害生境监测的进展
• 2.研究数据和方法
• 2.1 研究数据
• 2.2 研究方法
• 3.本章小结
• 第4章 病虫害监测结点的软硬件设计
• 1.硬件设计
• 1.1 硬件结构框架
• 1.2 传感器模块
• 1.3 处理器模块
• 1.4 无线通信模块
• 1.5 电源管理模块
• 1.6 串口通信模块
• 2.软件设计
• 3.1 TinyOS操作系统
• 3.2 软件结构框架
• 3.3 任务控制模块的实现
• 3.4 电源管理模块的实现
• 3.本章小结
• 第5章 系统的功能实现及性能分析
• 1.服务器端配置
• 2.系统的监测功能实现
• 3.系统性能分析
• 3.1 时延分析
• 3.2 流量分析
• 3.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献